PERANCANGAN DAN REALISASI ANTENA WIRE DIPOLE PADA GROUNDPENETRATING RADAR (GPR) UNTUK DETEKSI OBJEK BAWAH TANAH WIREDIPOLE ANTENNA DESIGN AND REALIZATION OF GROUND PENETRATING

RADAR (GPR) FOR UNDERGROUND OBJECT DETECTION

Retno Purdyastuti¹, Heroe Wijanto², Bambang Setia Nugroho³

¹Teknik Telekomunikasi, Fakultas Teknik Elektro, Universitas Telkom

AbstrakGround Penetrating Radar (GPR) merupakan jenis radar yang digunakan untuk mendeteksi objekyang bersifat metal dan non-metal yang berada di dalam tanah. Dalam hal ini antena memainkanperan yang sangat penting ( krusial ). Antena pengirim GPR mentransmisikan pulsaelektromagnetik menembus tanah dan mengenai objek. Sebagian pulsa yang diterima objek akandipantulkan kembali oleh objek tersebut dan diterima oleh antena penerima. Dari sinyal pantulakan dapat diketahui posisi dan bentuk objek. Aplikasi GPR membutuhkan resolusi dankedalaman penetrasi yang berbeda-beda. Kedua parameter ini dapat dicapai dengan optimum jikamengunakan durasi pulsa tertentu. Dalam tugas akhir ini akan dirancang dan direalisasikanantena wire dipole untuk aplikasi GPR (sebagai antena pengirim dan penerima yang terpisah)untuk mendeteksi objek bawah tanah dengan jenis tanah yang berbeda-beda sehingga dapatdiperoleh resolusi dan penetrasi yang optimum sesuai dengan yang diharapkan. Antenna wiredipole dirancang untuk durasi pulsa 5 ns dengan mensimulasikannya melalui program AnsoftHFSS 9.2. Dari simulasi dapat dianalisa parameter-parameter antena, seperti pola radiasi,impedansi, gain, dan VSWR berdasarkan dimensi antena. pulsa

Kata Kunci : Kata kunci : GPR, antena wire dipole, durasi

AbstractGround Penetrating Radar (GPR) is kind of radar that is used to detect and locate buried metaland non-metal objects. In this consideration antenna play important rule, the transmittingantenna radiates electromagnetic pulse into the ground and hits the objects. The wave spreadsout and travels downward. If it hits a buried object or a boundary with different electricalproperties, the receiving antenna receives variations in the reflected return. From reflected signalinformation, the position and the type of the object can be obtained by signal processing. GPRapplication needs different resolution and penetration depth. Both of these parameters can bereached optimum if they use certain pulse range. This final project describes the design andrealization of wire dipole antenna that can be used in GPR application (as a transceiver andreceiver separate antenna) to detect a buried object with different kind of soil to get resolutionand penetration depth optimum. Wire dipole antenna is designed for 5 ns pulse range ( 200 MHzfrequency) by simulating it using Ansoft HFSS 9.2. The simulation result shows that to get thewire dipole antenna which is appropriate to GPR is affected by antenna length and feedpoint thatinfluences some antenna parameters, such as radiation pattern, impedance, gain, and VSWR.range

Keywords : Keywords : GPR, Wire Dipole antenna, pulse

Powered by TCPDF (www.tcpdf.org)

Tugas Akhir - 2008

Fakultas Teknik Elektro Program Studi S1 Teknik Telekomunikasi

1

BAB I

PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang

Perkembangan teknologi elektromagnetik yang sangat cepat dalam

beberapa tahun terakhir telah melahirkan sebuah metode baru dalam bidang

ilmu geofisika eksplorasi, yaitu GPR. Metode GPR sangat intensif digunakan

di darat untuk memetakan struktur bawah permukaan, pencarian benda-benda

arkeologi, pipa, kabel, bahan mineral di dalam tanah.

Ground Penetrating Radar (GPR) merupakan sistem radar yang

digunakan dalam pendeteksian objek yang terkubur di dalam tanah. Proses

pendeteksian dilakukan dengan memancarkan suatu pulsa elektromagnetik.

Pulsa ini akan merambat di dalam tanah dan dipantulkan oleh objek. Posisi

dan bentuk objek akan dapat diketahui dari sinyal pantul yang secara terus

menerus dikirimkan oleh objek tersebut. Pulsa radar untuk mendeteksi objek

terkubur bergantung secara signifikan kepada kemampuan antena untuk

meradiasikan pulsa ke tanah dengan tingkat loss dan late time ringing yang

minimal untuk menghindari efek masking terhadap objek yang dideteksi.

Antena GPR secara umum dioptimasi hanya untuk durasi pulsa

tertentu. Jadi sebelum merancang sistem GPR, biasanya ditentukan dulu objek

apa yang akan dideteksi dan berapa kedalaman maksimum dari objek tersebut.

Semakin kecil frekuensi maka kedalaman penetrasi akan semakin besar tetapi

dengan resolusi tidak terlalu bagus. Bila frekuensi tinggi maka akan

menghasilkan resolusi yang baik dengan kedalaman penetrasi yang kecil.

Dalam tugas akhir ini, penulis menerapkan teknik untuk merancang

antena pengirim dan penerima GPR yang dapat dioptimasi terhadap durasi

pulsa 5 ns yang dihasilkan oleh generator pulsa. Antena yang dirancang

diharapkan dapat mentransmisikan pulsa monocycle Gaussian dengan ringing

yang sangat minimal sehingga tidak mengurangi performansi pendeteksian

objek. Dengan bantuan software Ansoft HFSS 9.2, penulis merancang antena

Tugas Akhir - 2008

Fakultas Teknik Elektro Program Studi S1 Teknik Telekomunikasi

2

GPR wire dipole dan mensimulasikannya untuk memperoleh parameter-

parameter antena yang dirancang.

1.2 Tujuan

1. Memahami prinsip kerja dan perancangan antena wire dpole yang

tepat untuk aplikasi GPR.

2. Mendesain dan merealisasikan antena wire dipole dengan panjang 34

cm (sebagai antena pengirim dan penerima yang terpisah).

3. Menguji hasil rancangan antena yang disimulasikan dengan Ansoft

HFSS 9.2 untuk melihat parameter-parameter antena yang dihasilkan.

1.3 Rumusan Masalah

Dalam penyusunan tugas akhir ini akan membahas beberapa

permasalahan antara lain,

1. Menentukan frekuensi yang digunakan oleh pulsa yang dipancarkan,

yang sesuai untuk aplikasi GPR.

2. Menentukan dan menghasilkan rancangan geometri antena wire dipole

yang sesuai untuk aplikasi GPR.

3. Menganalisa parameter-parameter antena yang dihasilkan dalam

perancangan antena menggunakan Ansoft HFSS 9.2.

4. Bagaimana penyusunan antena yang tepat agar mengurangi adanya

kopling antara antena pemancar dengan antena penerima.

5. Membandingkan antara hasil pengukuran secara langsung dengan hasil

simulasi menggunakan Ansoft HFSS 9.2.

1.4 Batasan Masalah

Untuk menghindari meluasnya materi pembahasan Tugas Akhir ini,

maka permasalahan pada tugas akhir ini dibatasi pada beberapa hal berikut :

1. Pulsa yang digunakan adalah 5 ns untuk frekuensi 200 MHz dan

berbentuk monocycle Gaussian.

2. Asumsi tanah homogen ( satu jenis saja).

3. Software yang digunakan dalam simulasi adalah Ansoft HFSS 9.2

dengan metode analisis Finite Element Method (FEM).

Tugas Akhir - 2008

Fakultas Teknik Elektro Program Studi S1 Teknik Telekomunikasi

3

4. Pembuatan antena wire dipole.

5. Diameter wire 2 mm dan terbuat dari tembaga.

6. Pencatuan feedline 100 ohm.

7. Pengukuran hanya dilakukan pada medium udara.

8. Analisa hanya dilakukan di domain frekuensi.

1.5 Metoda Penelitian

1. Studi Literatur

Pada tahap ini, dilakukan pendalaman materi-materi yang terkait

melalui literatur dan referensi yang tersedia di berbagai sumber.

2. Proses Perancangan

Pada tahap ini, dilakukan proses perancangan geometri antena yang

akan dibuat.

3. Simulasi dan Optimasi

Pada tahap ini, dilakukan simulasi desain sistem yang telah dirancang

dengan menggunakan Ansoft HFSS 9.2 agar dapat memenuhi

spesifikasi yang diinginkan dan dioptimasi untuk mencapai hasil

yang lebih baik.

4. Proses Realisasi

Pada tahap ini, dilakukan proses realisasi antena yang telah dirancang

agar didapat bentuk fisik realisasi dari antena GPR sesuai dengan

karakteristik dan spesifikasi yang diinginkan.

5. Pengukuran

Pada tahap ini, dilakukan proses pengukuran antena yang telah

direalisasikan dan membandingkan karakteristik antena hasil

pengukuran dengan hasil simulasi.

6. Analisis

Analisis dilakukan setelah proses perancangan, realisasi, dan

pengukuran dilakukan. Analisis dilakukan untuk membandingkan

hasil pengukuran dengan hasil simulasi. Setelah dibandingkan

kemudian dianalisis untuk setiap penyimpangan yang terjadi, dan

bagaimana cara mengatasi masalah tersebut.

Tugas Akhir - 2008

Fakultas Teknik Elektro Program Studi S1 Teknik Telekomunikasi

4

1.6 Sistematika Penulisan

Secara umum sistematika penulisan tugas akhir ini adalah sebagai

berikut :

BAB I PENDAHULUAN

Bab ini berisi latar belakang, tujuan dan manfaat, perumusan

masalah, batasan masalah, metodologi penelitian, dan sistematika

penulisan.

BAB II DASAR TEORI

Bab ini membahas mengenai penjelasan secara umum tentang

sistem GPR dan referensi yang meliputi Teori antena untuk

aplikasi GPR dan konsep dasar antena dipole.

BAB III PERANCANGAN DAN SIMULASI

Bab ini membahas mengenai semua hal yang berkaitan dengan

proses perancangan dan simulasi antena wire dipole sebagai antena

GPR dengan menggunakan software Ansoft HFSS 9.2.

BAB IV PENGUKURAN DAN ANALISIS

Bab ini berisikan hasil pengukuran dan anlisis perbandingan hasil

pengukuran dengan hasil simulasi yang didapatkan.

BAB V KESIMPULAN DAN SARAN

Bab ini berisi kesimpulan akhir mengenai hasil perancangan dan

analisa yang diperoleh serta saran dan harapan untuk

pengembangan selanjutnya.

Powered by TCPDF (www.tcpdf.org)

Tugas Akhir - 2008

Fakultas Teknik Elektro Program Studi S1 Teknik Telekomunikasi

49

BAB V

KESIMPULAN DAN SARAN

5.1 KESIMPULAN

Setelah melakukan semua proses perancangan, simulasi, realisasi dan

pengukuran antena wire dipole dengan panjang 34 cm, maka dapat

disimpulkan bahwa :

1. Antena wire dipole ini memiliki karakteristik antena ultrawideband yang

baik untuk GPR, yaitu memiliki fractional bandwidth ≥ 20% dari frekuensi

operasi. 2. VSWR pada frekuensi 200 MHz yang diperoleh dari pengukuran lebih

besar dari hasil simulasi, yaitu 1.223. Namun bandwidth yang diperoleh

dari hasil pengukuran dua kali lebih besar dari hasil simulasi. 3. Dalam sistem GPR ini, antena wire dipole sudah bisa bekerja dengan baik

pada SWR ≤ 1.36 dengan range frekuensi 172.23 – 212.23 MHz. 4. Pola radiasi yang didapatkan adalah omnidireksional.

5. Gain yang diperoleh dari hasil pengukuran yaitu 2.763 dBi dengan variasi

medan 0.236 dB.

6. Bentuk polarisasi yang didapatkan pada pengukuran adalah elips.

5.2 SARAN Adapun saran – saran yang sekiranya dapat membantu dalam

pengembangan antena wire dipole pendeteksi objek bawah tanah ini adalah:

1. Penggunaan simulator lain seperti simulasi FDTD3D, karena bekerja

dalam domain waktu dan berbagai medium sehingga sangat cocok untuk

merancang antena GPR. 2. Penggunaan shielding pada antena wire dipole agar pada saat mendeteksi

objek, frekuensi antena tersebut tidak terinterferensi dan terkena pantulan

benda di sekitarnya.

3. Pengukuran dilakukan di suatu ruangan yang benar-benar memenuhi

syarat pengukuran seperti anechoic chamber.

Tugas Akhir - 2008

Fakultas Teknik Elektro Program Studi S1 Teknik Telekomunikasi

50

4. Pengukuran juga dilakukan di atas media pasir.

5. Melakukan analisa dalam domain waktu.

Powered by TCPDF (www.tcpdf.org)

Tugas Akhir - 2008

Fakultas Teknik Elektro Program Studi S1 Teknik Telekomunikasi

51

DAFTAR PUSTAKA

[1]. Astutik, Sri. (2001). ”Penggunaan Ground Penetrating Radar (GPR)

Sebagai Metal Detector”. Jurnal Ilmu Dasar. vol. 2, no. 1, hal. 9 – 16.

[2]. A.A. Lestari. (2003). ”Antennas for Improved Ground Penetrating

Radar”, Modeling, Tools, Analisyy and design, Ph.D.Dissertation, ISBN

90-76928-05-3, Delft University of Technology, the Netherlands.

[3]. Balanis, Constantine A. (1982). Antenna Theory Analysis and Design.

New York: Harper & Row Publishers, Inc.

[4]. Chen, Tai-Lin Greg. (2006). ”GPR Propagation Simulation and Fat

Dipole Antenna Design”. Dissertation of Electrical Engineering :Cape

Town.

[5]. Daniels, David J. (eds). (1996). Ground Penetrating Radar. (2nd ed.).

London: The Institution of Electrical Engineer.

[6]. Gery. (2008). “Desain dan Realisasi Antenna Rolled Dipole untuk Aplikasi

GPR dengan menggunakan metode FDTD”, Tugas Akhir ITB : Bandung.

[7]. Greenstein, Larry. et.al. “Antenna and Pulse Design for Meeting UWB

Spectrum Density Requirements”. WINLAB, ECE Department, Rutgers

University.

[8]. Krauss, John D and Ronald J.Marhefka. (2002). Antenna for All

Application. (3rd ed.). New York: Mc Graw Hill.

[9]. Ligthart, L.P. and E.E. (2004). ”Lecture Notes for the Intensive Course on

Ground Penetrating Radar”, Delft University of Technology-IRCTR.

[10]. Nekoogar. (2005). ”Introduction to Ultra-Wideband Communication”

book page 2.

[11]. Setiawan, Andik. (2006). “Perancangan dan Realisasi Antena Wire

Dipole Pengukur Dielektrik Tanah dengan Menggunakan Metode FDTD

3D”. Tugas Akhir ITTELKOM : Bandung.

[12]. Syarif, Tesha Rofelina Larasati. (2007). “Desain dan Simulasi Antena

Logarithmic Spiral untuk Ground Penetrating Radar (GPR)”. Tugas

Akhir ITTELKOM : Bandung.

Tugas Akhir - 2008

Fakultas Teknik Elektro Program Studi S1 Teknik Telekomunikasi

52

[13]. Tibebe, Tefera. ”Simulation Study of Ultra-Wideband Communication

System”, Departement of Electronic and Electrical Engineering,

University College London.

[14]. Yeung, Eva H.K and John Mitchell. ”Modelling of Ultra-Wideband Radio

System”, Departement of Electronic and Electrical Engineering,

University College London.

Powered by TCPDF (www.tcpdf.org)

Tugas Akhir - 2008

Fakultas Teknik Elektro Program Studi S1 Teknik Telekomunikasi